(57)【要約】  内視鏡の視野の方向を可変にしながら、内視鏡の先端部の径寸法を小さく抑えつつ画質の良好な内視鏡画像を得る。入射光軸に沿って入射された光を該入射光軸に直交する第１の軸線（Ａ）に沿う方向に偏向して射出する第１のプリズム（１１）と、該第１のプリズム（１１）から射出された光を、第１の軸線（Ａ）に対して間隔を空けた第２の軸線（Ｂ）に沿って折り返す２つの反射面（１２ｂ）を有する第２のプリズム（１２）と、該第２のプリズム（１２）により折り返された光を、第１の軸線（Ａ）に直交しかつ入射光軸を含む平面に沿う方向に偏向する第３のプリズム（１３）とを備え、第１のプリズム（１１）が、第２のプリズム（１２）に対して第１の軸線（Ａ）回りに揺動可能に設けられ、第２のプリズム（１２）の２つの反射面（１２ｂ）が、相互に鈍角をなして配置されている内視鏡用光学系を提供する。
2011013518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光軸に沿って入射された光を該入射光軸に直交する第１の軸線に沿う方向に偏向して射出する第１のプリズムと、
該第１のプリズムから射出された光を、前記第１の軸線に対して間隔を空けた第２の軸線に沿って折り返す２つの反射面を有する第２のプリズムと、
該第２のプリズムにより折り返された光を、前記第１の軸線に直交しかつ前記入射光軸を含む平面に沿う方向に偏向する第３のプリズムとを備え、
前記第１のプリズムが、前記第２のプリズムに対して前記第１の軸線回りに揺動可能に設けられ、
前記第２のプリズムの前記２つの反射面が、相互に鈍角をなして配置されている内視鏡用光学系。
【請求項２】
入射光軸に沿って入射された光を該入射光軸に交差する第１の軸線に沿う方向に偏向して射出する第１のプリズムと、
該第１のプリズムから射出された光を、前記第１の軸線に対して間隔を空け前記入射光軸に直交する第２の軸線に沿って折り返す２つの反射面を有する第２のプリズムと、
該第２のプリズムにより折り返された光を、前記第２の軸線に直交しかつ前記入射光軸を含む平面に沿う方向に偏向する第３のプリズムとを備え、
前記第１のプリズムおよび前記第２のプリズムが、前記第３のプリズムに対して前記第２の軸線回りに揺動可能に設けられ、
前記第２のプリズムの前記２つの反射面が、相互に鈍角をなして配置されている内視鏡用光学系。
【請求項３】
前記第１および第３のプリズムが、入射された光を１回反射させ、
前記第２のプリズムが、光を３回以上かつ奇数回反射させる請求項１または請求項２に記載の内視鏡用光学系。
【請求項４】
前記第３のプリズムからの射出光軸上に、該第３のプリズムから射出された光を結像して形成される像を撮像する撮像部を備え、
前記第１のプリズムの揺動に同期して、該第１のプリズムが揺動したときの前記像の前記撮像部に対する回転を補正する方向に、前記像を前記撮像素子に対して相対的に前記射出光軸回りに回転させる回転補正手段を備える請求項１または請求項２に記載の内視鏡用光学系。
【請求項５】
前記回転補正手段が、前記撮像部を、前記射出光軸を中心に前記第１のプリズムと同一の揺動角度だけ回転させる請求項４に記載の内視鏡用光学系。
【請求項６】
前記第３のプリズムと前記撮像部との間に配置され、前記第３のプリズムから射出された光を前記撮像部へ伝達するレンズ群を備え、
前記回転補正手段が、前記撮像部および前記レンズ群を一体で、前記射出光軸を中心に、前記第１のプリズムと同一の揺動角度だけ回転させる請求項４に記載の内視鏡用光学系。
【請求項７】
前記第３のプリズムと前記レンズ群との間の光束が、略アフォーカル系である請求項６に記載の内視鏡用光学系。
【請求項８】
前記回転補正手段は、所定の光軸に沿って光が入射および射出され、前記第３のプリズムと前記撮像部との間において前記所定の光軸が前記射出光軸上に配置され、前記所定の光軸を中心に回転可能に設けられたイメージローテートプリズムを備える請求項４に記載の内視鏡用光学系。
【請求項９】
前記イメージローテートプリズムが、前記第１のプリズムの揺動角度の半分の角度だけ回転する請求項８に記載の内視鏡用光学系。
【請求項１０】
前記第１、第２および第３のプリズムが、全体で光を奇数回反射させる請求項８に記載の内視鏡用光学系。
【請求項１１】
前記第３のプリズムから射出された光を伝達するリレー光学系と、
該リレー光学系により伝達された光を結像して形成される像を観察する接眼光学系を備え、
該リレー光学系が、途中位置において光を偶数回結像させる請求項１または請求項２に記載の内視鏡用光学系。
【請求項１２】
前記第３のプリズムの射出光軸上に、前記第３のプリズムから射出された光を結像して形成される像を撮像する撮像部を備え、
前記第１、第２および第３のプリズムが、前記射出光軸を中心に前記撮像部に対して一体となって回転可能に設けられている請求項１または請求項２に記載の内視鏡用光学系。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の内視鏡用光学系を挿入部の先端に備える内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡用光学系および内視鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内視鏡の先端部に配置されたプリズムを揺動または回転させてその先端面の向きを変更することにより、内視鏡の視野の方向を可変にする内視鏡が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６６３８２１６号明細書
【特許文献２】特開２００６−２０１７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の場合には、プリズムが、内視鏡内の他の光学系の光軸から径方向にずれた位置に配置され、さらに、内視鏡内において径方向に移動する。そのため、内視鏡の先端部の寸法が径方向に大きくなるという問題がある。また、プリズムの後方に配置されたレンズ群や撮像素子などの他の光学系の寸法が、内視鏡の径寸法に対して小さく制限されるため、特に画質の良さが利点である硬性内視鏡において、内視鏡画像の画質が劣化するという問題がある。【０００５】
特許文献２の場合には、プリズムが内視鏡の先端部から径方向に突出して配置され、さらに、プリズムから画像センサまでの光学系の光軸が、内視鏡本体の光軸に直交している。したがって、内視鏡の先端部の全体の径寸法が大きくなるという問題がある。【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、内視鏡の視野の方向を可変にしながら、内視鏡の先端部の径寸法を小さく抑えつつ画質の良好な内視鏡画像を得ることができる内視鏡用光学系を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様は、入射光軸に沿って入射された光を該入射光軸に直交する第１の軸線に沿う方向に偏向して射出する第１のプリズムと、該第１のプリズムから射出された光を、前記第１の軸線に対して間隔を空けた第２の軸線に沿って折り返す２つの反射面を有する第２のプリズムと、該第２のプリズムにより折り返された光を、前記第１の軸線に直交しかつ前記入射光軸を含む平面に沿う方向に偏向する第３のプリズムとを備え、前記第１のプリズムが、前記第２のプリズムに対して前記第１の軸線回りに揺動可能に設けられ、前記第２のプリズムの前記２つの反射面が、相互に鈍角をなして配置されている内視鏡用光学系である。【０００８】
本発明の第１の態様によれば、入射光軸に沿って第１のプリズムに入射された光は、入射光軸から離れる方向へ偏向されると第２のプリズムによって再び入射光軸へ近づく方向へ偏向され、第３のプリズムから入射光軸と平行な平面内において射出される。したがって、内視鏡用光学系を、第１のプリズムを先端側に向けて、かつ、第３のプリズムからの射出光軸が後段に配置された内視鏡の他の光学系の光軸と一致するように、内視鏡の先端部に配置することにより、内視鏡の前方からの光を、後段の光学系へ伝達して内視鏡画像を得ることができる。【０００９】
この場合に、第１のプリズムを第１の軸線回りに揺動させると、第３のプリズムの射出光軸の位置を後段の光学系の光軸に一致させたまま、射出光軸に対する入射光軸の角度が変更され、内視鏡の視野を変更することができる。
また、第１のプリズムおよび第３のプリズムが、後段の他の光学系の光軸に沿う方向に配列され、かつ、第２のプリズムの反射面の成す角度が鈍角であるため、第２のプリズムの寸法が、内視鏡の径方向において比較的小さく抑えられる。これにより、内視鏡の先端部の径寸法を小さく抑えつつ、レンズや撮像素子等の他の光学系の径寸法が制限される不都合が解消され、画質の良好な内視鏡画像を得ることができる。【００１０】
本発明の第２の態様は、入射光軸に沿って入射された光を該入射光軸に交差する第１の軸線に沿う方向に偏向して射出する第１のプリズムと、該第１のプリズムから射出された光を、前記第１の軸線に対して間隔を空け前記入射光軸に直交する第２の軸線に沿って折り返す２つの反射面を有する第２のプリズムと、該第２のプリズムにより折り返された光を、前記第２の軸線に直交しかつ前記入射光軸を含む平面に沿う方向に偏向する第３のプリズムとを備え、前記第１のプリズムおよび前記第２のプリズムが、前記第３のプリズムに対して前記第２の軸線回りに揺動可能に設けられ、前記第２のプリズムの前記２つの反射面が、相互に鈍角をなして配置されている内視鏡用光学系である。【００１１】
本発明の第２の態様によれば、第１および第２のプリズムを、第３のプリズムに対して第２の軸線回りに揺動させることにより、内視鏡の視野を変更することができる。また、内視鏡の先端部の径寸法を小さく抑えつつ画質の良好な内視鏡画像を得ることができる。【００１２】
上記第１および第２の態様においては前記第１および第３のプリズムが、入射された光を１回反射させ、前記第２のプリズムが、光を３回以上かつ奇数回反射させることとしてもよい。
このようにすることで、第１および第３プリズムの形状を簡易にし、また、内視鏡の径方向において第２のプリズムの寸法をより小さくすることができる。【００１３】
上記第１および第２の態様においては、前記第３のプリズムからの射出光軸上に、該第３のプリズムから射出された光を結像して形成される像を撮像する撮像部を備え、前記第１のプリズムの揺動に同期して、該第１のプリズムが揺動したときの前記像の前記撮像部に対する回転を補正する方向に、前記像を前記撮像素子に対して相対的に前記射出光軸回りに回転させる回転補正手段を備える構成でもよい。
このようにすることで、第１のプリズムを揺動させたときに生じる、撮像部に対する像の回転を補正することができる。【００１４】
上記構成においては、前記回転補正手段が、前記撮像部を、前記射出光軸を中心に前記第１のプリズムと同一の揺動角度だけ回転させることとしてもよい。
このようにすることで、特に、内視鏡用光学系と撮像部とが先端部において近接して配置される構成の内視鏡において、像の回転を簡便にかつ精度良く補正することができる。【００１５】
上記構成においては、前記第３のプリズムと前記撮像部との間に配置され、前記第３のプリズムから射出された光を前記撮像部へ伝達するレンズ群を備え、前記回転補正手段が、前記撮像部および前記レンズ群を一体で、前記射出光軸を中心に、前記第１のプリズムと同一の揺動角度だけ回転させることとしてもよい。
このようにすることで、光軸の位置ずれ等の不都合を防ぎながら、像の回転を簡便に補正することができる。【００１６】
また、前記撮像部および前記レンズ群を一体で前記第１のプリズムと同一の揺動角度だけ回転させる構成の場合、前記第３のプリズムと前記レンズ群との間の光束が、略アフォーカル系であることとしてもよい。
このようにすることで、レンズ群および撮像部を回転させたときに、これらが第３のプリズムに対して多少の位置ずれを生じても、像への影響を抑えることができる。【００１７】
上記構成においては、前記回転補正手段は、所定の光軸に沿って光が入射および射出され、前記第３のプリズムと前記撮像部との間において前記所定の光軸が前記射出光軸上に配置され、前記所定の光軸を中心に回転可能に設けられたイメージローテートプリズムを備えることとしてもよい。
このようにすることで、像の回転を簡便に補正することができる。【００１８】
前記イメージローテートプリズムを備える構成の場合、前記イメージローテートプリズムが、前記第１のプリズムの揺動角度の半分の角度だけ回転することとしてもよい。
このようにすることで、像の回転をより高い精度で補正することができる。【００１９】
前記イメージローテートプリズムを備える構成の場合、前記第１、第２および第３のプリズムが、全体で光を奇数回反射させることとしてもよい。
このようにすることで、イメージローテートプリズムから射出される光により正像を結像させることができる。【００２０】
上記第１および第２の態様においては、前記第３のプリズムから射出された光を伝達するリレー光学系と、該リレー光学系により伝達された光を結像して形成される像を観察する接眼光学系を備え、該リレー光学系が、途中位置において光を偶数回結像させることとしてもよい。
このようにすることで、像の向きを同一に保持しながら、第３のプリズムから射出された光を接眼光学系へ伝達することができる。【００２１】
上記第１および第２の態様においては、前記第３のプリズムの射出光軸上に、前記第３のプリズムから射出された光を結像して形成される像を撮像する撮像部を備え、前記第１、第２および第３のプリズムが、前記射出光軸を中心に前記撮像部に対して一体となって回転可能に設けられていることとしてもよい。
このようにすることで、撮像部の姿勢を視野に対して一定に保持したまま、第１のプリズムの揺動可能な方向を視野に対して変更して視野の変更可能な方向を変えることができる。【００２２】
本発明の第３の態様は、上記いずれかに記載の内視鏡用光学系を挿入部の先端に備える内視鏡である。
本発明の第３の態様によれば、視野の方向を可変にしながら、先端部の径寸法を小さく抑えつつ画質が良好な内視鏡画像を取得することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、内視鏡の視野の方向を可変にしながら、内視鏡の先端部の径寸法を小さく抑えつつ画質の良好な内視鏡画像を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る内視鏡用光学系および内視鏡の全体構成図である。
【図２】図１の内視鏡の対物光学系の第１のユニットを示す図である。
【図３】第１のプリズムの動作を説明する図である。
【図４】イメージローテートプリズムの変形例を示す図である。
【図５】イメージローテートプリズムのもう１つの変形例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る内視鏡の全体構成図である。
【図７】図６の内視鏡の先端部の拡大図であり、本発明の第２の実施形態に係る内視鏡用光学系の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の第１の実施形態に係る内視鏡用光学系１および該内視鏡用光学系１を備える内視鏡１００について、図１〜図５を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る内視鏡１００は、図１に示されるように、挿入部に直筒状で硬性の鏡筒２を備える硬性内視鏡である。本実施形態に係る内視鏡用光学系１は、鏡筒２内に配置されている。
【００２６】
内視鏡１００の基端には、撮像素子（撮像部）３を有するカメラヘッド４が装着されている。撮像素子３により取得された画像情報はディジタル信号としてプロセッサ５へ伝送される。プロセッサ５は、入力されたディジタル信号から画像を生成してモニタ６に写し出す。鏡筒２内には光源７に接続されたライトガイド８が長手方向に沿って配置されている。光源７の光がライトガイド８によって導光されることにより、内視鏡１００の先端面から前方が照明される。
【００２７】
内視鏡用光学系１は、鏡筒２の先端面側から順に、物体からの光を結像する対物光学系３０と、該対物光学系３０により結像された像をリレーするリレー光学系４０と、該リレー光学系４０によりリレーされた像を観察するための接眼光学系５０とを備えている。
【００２８】
対物光学系３０は、第１のユニット６０とレンズ群１９とを備えている。第１のユニット６０は、図２に示されるように、凹レンズ９と、第１のプリズム１１と、第２のプリズム１２と、第３のプリズム１３と、平凸レンズ１０とを備えている。平凸レンズ１０は略平行光を射出する。レンズ群１９は、平凸レンズ１０からの略平行光を結像する。符号２ａは、鏡筒２の先端面を覆うカバーガラスを示している。
凹レンズ９および平凸レンズ１０の光軸は、鏡筒２の長手方向に沿って同軸に配置されている。
【００２９】
第１および第３のプリズム１１，１３は、断面が直角二等辺三角形の直角プリズムを基本の形状としている。第１および第３のプリズム１１，１３は、斜面が互いに直角を成して対向し、かつ、９０°の内角を挟む一方の面が凹レンズ９および平凸レンズ１０の光軸と略中心において直交するように配置されている。また、第１および第３のプリズム１１，１３は、互いに隣接する４５°角の先端部分が切断された形状を有している。
【００３０】
第２のプリズム１２は、断面が台形の角柱状である。第２のプリズム１２は、下底面１２ａが、第１のプリズム１１および第３のプリズム１３の、９０°の内角を挟む他方の面に、微小の隙間を空けて平行に配置されている。第２のプリズム１２は、第１のプリズム１１から下底面１２ａに垂直に入射された光を、斜面（反射面）１２ｂと下底面１２ａとの間で３回反射させて、第３のプリズム１３の、９０°の内角を挟む他方の面の略中心に向かって垂直に射出するように、下底面１２ａと斜面１２ｂとのなす底角の大きさが設計されている。
【００３１】
凹レンズ９から射出した光は、図２に１点鎖線で示されるように、第１のプリズム１１の斜面で直角に偏向されることにより、下底面１２ａに直交する第１の軸線Ａに沿って第２のプリズム１２へ入射される。そして、第２のプリズム１２に入射された光は、斜面１２ｂと下底面１２ａとの間で３回反射された後、下底面１２ａと直交する第２の軸線Ｂに沿って第３のプリズム１３に入射される。第３のプリズム１３に入射された光は、鏡筒２の長手方向に沿って後方に偏向され、さらに、平凸レンズ１０により略平行光に形成されて射出される。
【００３２】
さらに、第１のプリズム１１および凹レンズ９は接合され、図３に示されるように、第１のプリズム１１の斜面と凹レンズ９の光軸との交点を通り、凹レンズ９の光軸と直交する軸、すなわち、第１の軸線Ａを中心に、一体で揺動可能に設けられている。第１のプリズム１１および凹レンズ９は、例えば、内視鏡１００の先端面の正面方向に対して、−４５°から＋４５°まで、好ましくは、−６０°から＋６０°まで、連続的に揺動する。これにより、内視鏡１００の視野方向は、その正面方向に対して、−４５°〜＋４５°、好ましくは、−６０°〜＋６０°の間で角度が連続的に変更される。さらに好ましくは、−９０°〜＋９０°の間で、角度が連続的に変更される。なお、第１のプリズム１１が、第３のプリズム１３と干渉することなく揺動するように、第１のプリズム１１の、第３のプリズム１３と隣接する角を面取りするなど、光路に影響を及ぼさない範囲で適宜第１のプリズム１１の形状を変更してもよい。
【００３３】
リレー光学系４０は、対物光学系３０によって結像された光を、その途中位置において偶数回結像させることにより、最終の結像面において鏡像を形成する。
接眼光学系５０は、リレー光学系４０の最終の結像面に形成された像を拡大し、かつ、平行光束として光を射出する接眼レンズ１４を備えている。
【００３４】
また、接眼光学系５０は、リレー光学系４０と接眼レンズ１４との間に配置されたイメージローテートプリズム１５を備えている。イメージローテートプリズム１５は、断面が台形の角柱状である。イメージローテートプリズム１５は、底面に平行な所定の光軸に沿って一方の斜面から入射された光を、下底面で反射して、他方の斜面から入射光と同一の所定の光軸に沿って射出する。このときに、射出光が結像する像は、入射光が結像する像に対して鏡像となる。
【００３５】
イメージローテートプリズム１５は、所定の光軸がリレー光学系４０の光軸の延長線上に配置され、所定の光軸を中心に回転可能に設けられている。このときに、イメージローテートプリズム１５は、第１のプリズム１１の揺動と同期して、該第１のプリズム１１が揺動することによる撮像素子３に対する像の回転を補正する方向に、第１のプリズム１１が揺動した角度の半分の角度だけ回転するようになっている。これにより、第１のプリズム１１を揺動させても、撮像素子３に結像される像の向きが一定に保たれる。
【００３６】
このように構成された内視鏡用光学系１を備える硬性内視鏡１００の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る内視鏡用光学系１を備える硬性内視鏡１００を用いて体内を観察するには、ライトガイド８により前方を照明しながら内視鏡１００を先端から体内へ挿入することにより、モニタ６上で体内の内視鏡画像を観察することができる。このときに、第１のプリズム１１を揺動させることにより、視野方向を正面方向から斜め方向へ変更しながら体内を観察することができる。
【００３７】
このように、本実施形態によれば、構成上先端面の方向を変更することができない硬性内視鏡１００であっても、３つのプリズム１１，１２，１３を用いた簡易な構成により、視野方向を連続的に変更しながら、広い範囲を観察することができるという利点がある。
また、第１および第３のプリズム１１，１３が、後段に配置された他の光学系４０，５０の光軸上に配置されている。また、第２のプリズム１２に、斜面１２ｂが相互になす角が鈍角である台形状のものを用い、第１のプリズム１１から第３のプリズム１３へ光を３回反射させて光を伝達する構成にすることにより、第２のプリズム１２の寸法が鏡筒２の径方向において比較的小さく抑えられる。これにより、内視鏡１００の先端部の外径寸法を小さくすることができるという利点がある。
【００３８】
また、内視鏡用光学系１の寸法を内視鏡１００の径方向に小さく抑えることにより、対物光学系３０やリレー光学系４０を構成するレンズに、鏡筒２の空間を十分に活かした径寸法のものを用いることが可能となる。これにより、各レンズに、開口数や収差の補正等において性能の優れたものを用いて、従来の視野方向固定の硬性内視鏡に匹敵する画質の優れた内視鏡画像を得ることができるという利点がある。
また、イメージローテートプリズム１５を用いることにより、第１のプリズム１１を揺動させたときに生じる像の回転を簡易な構成でかつ高い精度で補正することができるという利点がある。
【００３９】
上記実施形態においては、第１のプリズム１１および凹レンズ９が一体で揺動可能に設けられていることとしたが、これに代えて、第１のプリズム１１、第２のプリズム１２および凹レンズ９が一体で揺動可能に設けられていることとしてもよい。
この場合、第１のプリズム１１、第２のプリズム１２および凹レンズ９は、第２の軸線Ｂ回りに揺動させられる。このようにしても、視野方向を可変にしながら、内視鏡１００の径寸法を小さく抑えることができる。
【００４０】
上記実施形態においては、第１のプリズム１１が、連続的に揺動可能であることとしたが、これに代えて、所定の角度に段階的に揺動可能であることとしてもよい。
例えば、内視鏡１００の先端面の正面方向に対して０°、±３０°、±４５°および±９０°に段階的に第１のプリズム１１が揺動するようにしても、十分に広い視野を観察することができる。
【００４１】
上記実施形態においては、イメージローテートプリズム１５として、断面が台形の角柱状のものを用いることとしたが、イメージローテートプリズム１５は、入射光と射出光の光軸が同一であり、内部で光を奇数回反射させる形状であればよい。
例えば、図４に示されるように、断面が正三角形の角柱プリズムでもよく、図５に示されるように、異なる形状のプリズムを複数組み合わせたものでもよい。これらのプリズムも、入射光および射出光の光軸を中心に回転させることにより、像の回転を補正することができる。
【００４２】
上記実施形態においては、第２のプリズム１２が、第１のプリズム１１から入射された光を３回反射させることとしたが、反射回数は３回以上かつ奇数回であればよい。
第１のプリズム１１と第３のプリズム１３との間の距離を鏡筒２の長手方向に沿って離すことにより、第２のプリズム１２内における反射回数は増加し、それとともに、第２のプリズム１２の寸法を鏡筒２の径方向においてさらに縮小させることができる。
上記実施形態においては、イメージローテートプリズム１５によって像の回転を補正することとしたが、プロセッサによって電気的に補正してもよい。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施形態に係る内視鏡用光学系１および該内視鏡用光学系１を備える内視鏡１００について、図６および図７を参照して以下に説明する。
第１の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る内視鏡１００は、図６に示されるように、物体からの光を集光して結像および撮像する光学系が配置された先端部１６と、該先端部１６の方向を変更する湾曲部１７とを有する腹腔鏡が用いられる。本実施形態に係る内視鏡用光学系１は、先端部１６内に配置されている。
【００４４】
内視鏡１００は、先端部１６において取得された画像情報をディジタル信号として外部のプロセッサ５に伝送する。
先端部１６の鏡筒は、先端側から順に前筒１６ａおよび後筒１６ｂを備えている。前筒１６ａおよび後筒１６ｂは、湾曲部１７に対して互いに独立に周方向に回転可能に設けられている。湾曲部１７は、操作者がハンドル１８を操作することにより湾曲させられる。
【００４５】
本実施形態に係る内視鏡用光学系１は、図７に示されるように、前筒１６ａ内に配置された第１のユニット６０と、後筒１６ｂ内に配置され撮像素子３を備える第２のユニット７０とを備えている。
【００４６】
第１のユニット６０は、第１の実施形態と同一の構成を有している。凹レンズ９および平凸レンズ１０の光軸は、前筒１６ａの中心軸と一致するように配置されている。第１のユニット６０は、前筒１６ａと一体で設けられ、前筒１６ａを周方向に回転させることにより、前筒１６ａの中心軸回りに回転する。これにより、内視鏡１００の本体に対して第１のプリズム１１の揺動可能な方向が変更される。すなわち、視野の変更可能な方向が、例えば、視野に対して左右方向または上下方向等、任意の方向に選択される。
【００４７】
第２のユニット７０は、第１のユニット６０から射出された略平行光を撮像素子３に伝達するレンズ群１９を備えている。符号２０は、撮像素子３の撮像面を保護する封止ガラスを示している。第２のユニット７０は、後筒（回転補正手段）１６ｂと一体で設けられている。後筒１６ｂが周方向に回転したときに、第２のユニット７０も後筒１６ｂの中心軸を中心に回転可能に設けられている。このときに、後筒１６ｂは、第１のプリズム１１の揺動と同期して、第１のプリズム１１を揺動させることによる撮像素子３に対する像の回転を補正する方向に、第１のプリズム１１と同一の角度だけ回転する。
【００４８】
このように構成された内視鏡用光学系１を備える内視鏡１００の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る内視鏡１００を用いて腹腔内を観察するには、図示しないライトガイド等により前方を照明しながら、予め腹腔に穿孔した小孔から腹腔内へ先端部１６を挿入することにより、モニタ６上に腹腔内の内視鏡画像が映し出される。そして、第１のプリズム１１を揺動させることにより、先端面の正面方向に対して斜視方向の視野を観察することができる。また、前筒１６ａを周方向に回転させることにより、モニタ６上で視野を静止させた状態で、視野の変更可能な方向が変更され、左右方向または上下方向等、所望の方向に視野方向を向けることができる。
【００４９】
このように、本実施形態によれば、湾曲部１７を湾曲させなくても、視野の方向が変更される。これにより、腔内が狭く先端部１６の向きを変更させることが困難な部位であっても、広い範囲にわたって観察することができる。また、内視鏡１００による観察と並行して他の処置具を使用する場合には、先端部１６が処置具の操作の妨げとなること防ぎ、処置具の操作空間を広く確保することができるという利点がある。また、湾曲部１６を湾曲させた状態で第１のプリズム１１を揺動させることにより、従来観察が困難であった入り組んだ部位なども所望の方向から観察することができるという利点がある。
【００５０】
また、第１のユニット６０と第２のユニット７０との間の光束が略アフォーカル系である。したがって、第２のユニット７０を回転させたときに第２のユニット７０の位置が第１のユニット６０に対して多少ずれても、焦点のブレや像のがたつき等を抑えて安定した像を得ることができるという利点がある。
【００５１】
また、前筒１６ａを回転させて視野の変更可能な方向を変える際に、視野に対して撮像素子３の姿勢が一定に保持されるので、内視鏡１００の全体を周方向に回転させる場合と異なり、モニタ６に映し出される内視鏡画像は上下左右方向が一定に保たれる。これにより、操作者が内視鏡画像を見ながら内視鏡１００や他の処置具等を操作する際に、視野方向を様々な方向に変更しながらであっても、視野に対して方向感覚が混乱することなく正確に操作することができるという利点がある。
【００５２】
上記実施形態においては、第１のプリズム１１の揺動に同期して、撮像素子３およびレンズ群１９が回転させられることとしたが、これに代えて、撮像素子３のみが回転させられることとしてもよい。
このようにしても、第１のプリズム１１の揺動による像の回転を補正することができる。
【００５３】
上記実施形態においては、内視鏡１００として、先端部１６および湾曲部１７を有する腹腔鏡を用いることとしたが、これに代えて、軟性内視鏡を用いることとしてもよい。
軟性内視鏡の先端硬質部は、物体からの光を集光する対物光学系と撮像素子とを備え、本実施形態に係る内視鏡１００の先端部１６と同様の光学系の構成を有している。また、軟性内視鏡は、撮像するための光学系の他に処置具を挿通するためのチャネルを備えたものが多く、その径寸法に対して光学系を配置可能な空間が制限される。したがって、軟性内視鏡にも本実施形態に係る内視鏡用光学系１を好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  内視鏡用光学系
２  鏡筒
２ａ  カバーガラス
３  撮像素子（撮像部）
４  カメラヘッド
５  プロセッサ
６  モニタ
７  光源
８  ライトガイド
９  凹レンズ
１０  平凸レンズ
１１  第１のプリズム
１２  第２のプリズム
１２ａ  下底面
１２ｂ  斜面（反射面）
１３  第３のプリズム
１４  接眼レンズ
１５  イメージローテートプリズム（回転補正手段）
１６  先端部
１６ａ  前筒
１６ｂ  後筒（回転補正手段）
１７  湾曲部
１８  ハンドル
１９  レンズ群
２０  封止ガラス
３０  対物光学系
４０  リレー光学系
５０  接眼光学系
６０  第１のユニット
７０  第２のユニット
１００  内視鏡
Ａ  第１の軸線
Ｂ  第２の軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年2月24日(2011.2.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光軸に沿って入射された光を該入射光軸に直交する第１の軸線に沿う方向に偏向して射出する第１のプリズムと、  該第１のプリズムから射出された光を、前記第１の軸線に対して間隔を空けた第２の軸線に沿って折り返す２つの反射面を有する第２のプリズムと、  該第２のプリズムにより折り返された光を、前記第１の軸線に直交しかつ前記入射光軸を含む平面に沿う方向に偏向する第３のプリズムとを備え、  前記第１のプリズムが、前記第２のプリズムに対して前記第１の軸線回りに揺動可能に設けられ、  前記第２のプリズムの前記２つの反射面が、相互に鈍角をなして配置されている内視鏡用光学系。
【請求項２】
前記第１および第３のプリズムが、入射された光を１回反射させ、  前記第２のプリズムが、光を３回以上かつ奇数回反射させる請求項１に記載の内視鏡用光学系。
【請求項３】
前記第３のプリズムからの射出光軸上に、該第３のプリズムから射出された光を結像して形成される像を撮像する撮像部を備え、  前記第１のプリズムの揺動に同期して、該第１のプリズムが揺動したときの前記像の前記撮像部に対する回転を補正する方向に、前記像を前記撮像素子に対して相対的に前記射出光軸回りに回転させる回転補正手段を備える請求項１に記載の内視鏡用光学系。
【請求項４】
前記回転補正手段が、前記撮像部を、前記射出光軸を中心に前記第１のプリズムと同一の揺動角度だけ回転させる請求項３に記載の内視鏡用光学系。
【請求項５】
前記第３のプリズムと前記撮像部との間に配置され、前記第３のプリズムから射出された光を前記撮像部へ伝達するレンズ群を備え、  前記回転補正手段が、前記撮像部および前記レンズ群を一体で、前記射出光軸を中心に、前記第１のプリズムと同一の揺動角度だけ回転させる請求項３に記載の内視鏡用光学系。
【請求項６】
前記第３のプリズムと前記レンズ群との間の光束が、略アフォーカル系である請求項５に記載の内視鏡用光学系。
【請求項７】
前記回転補正手段は、所定の光軸に沿って光が入射および射出され、前記第３のプリズムと前記撮像部との間において前記所定の光軸が前記射出光軸上に配置され、前記所定の光軸を中心に回転可能に設けられたイメージローテートプリズムを備える請求項３に記載の内視鏡用光学系。
【請求項８】
前記イメージローテートプリズムが、前記第１のプリズムの揺動角度の半分の角度だけ回転する請求項７に記載の内視鏡用光学系。
【請求項９】
前記第１、第２および第３のプリズムが、全体で光を奇数回反射させる請求項７に記載の内視鏡用光学系。
【請求項１０】
前記第３のプリズムから射出された光を伝達するリレー光学系と、  該リレー光学系により伝達された光を結像して形成される像を観察する接眼光学系を備え、  該リレー光学系が、途中位置において光を偶数回結像させる請求項１に記載の内視鏡用光学系。
【請求項１１】
前記第３のプリズムの射出光軸上に、前記第３のプリズムから射出された光を結像して形成される像を撮像する撮像部を備え、  前記第１、第２および第３のプリズムが、前記射出光軸を中心に前記撮像部に対して一体となって回転可能に設けられている請求項１に記載の内視鏡用光学系。
【請求項１２】
請求項１に記載の内視鏡用光学系を挿入部の先端に備える内視鏡。
【請求項１３】
入射光軸に沿って入射された光を該入射光軸に交差する第１の軸線に沿う方向に偏向して射出する第１のプリズムと、  該第１のプリズムから射出された光を、前記第１の軸線に対して間隔を空け前記入射光軸に直交する第２の軸線に沿って折り返す２つの反射面を有する第２のプリズムと、  該第２のプリズムにより折り返された光を、前記第２の軸線に直交しかつ前記入射光軸を含む平面に沿う方向に偏向する第３のプリズムとを備え、  前記第１のプリズムおよび前記第２のプリズムが、前記第３のプリズムに対して前記第２の軸線回りに揺動可能に設けられ、  前記第２のプリズムの前記２つの反射面が、相互に鈍角をなして配置されている内視鏡用光学系。
【請求項１４】
前記第１および第３のプリズムが、入射された光を１回反射させ、  前記第２のプリズムが、光を３回以上かつ奇数回反射させる請求項１３に記載の内視鏡用光学系。
【請求項１５】
前記第３のプリズムからの射出光軸上に、該第３のプリズムから射出された光を結像して形成される像を撮像する撮像部を備え、  前記第１のプリズムの揺動に同期して、該第１のプリズムが揺動したときの前記像の前記撮像部に対する回転を補正する方向に、前記像を前記撮像素子に対して相対的に前記射出光軸回りに回転させる回転補正手段を備える請求項１３に記載の内視鏡用光学系。
【請求項１６】
前記回転補正手段が、前記撮像部を、前記射出光軸を中心に前記第１のプリズムと同一の揺動角度だけ回転させる請求項１５に記載の内視鏡用光学系。
【請求項１７】
前記第３のプリズムと前記撮像部との間に配置され、前記第３のプリズムから射出された光を前記撮像部へ伝達するレンズ群を備え、  前記回転補正手段が、前記撮像部および前記レンズ群を一体で、前記射出光軸を中心に、前記第１のプリズムと同一の揺動角度だけ回転させる請求項１５に記載の内視鏡用光学系。
【請求項１８】
前記第３のプリズムと前記レンズ群との間の光束が、略アフォーカル系である請求項１７に記載の内視鏡用光学系。
【請求項１９】
前記回転補正手段は、所定の光軸に沿って光が入射および射出され、前記第３のプリズムと前記撮像部との間において前記所定の光軸が前記射出光軸上に配置され、前記所定の光軸を中心に回転可能に設けられたイメージローテートプリズムを備える請求項１５に記載の内視鏡用光学系。
【請求項２０】
前記イメージローテートプリズムが、前記第１のプリズムの揺動角度の半分の角度だけ回転する請求項１９に記載の内視鏡用光学系。
【請求項２１】
前記第１、第２および第３のプリズムが、全体で光を奇数回反射させる請求項１９に記載の内視鏡用光学系。
【請求項２２】
前記第３のプリズムから射出された光を伝達するリレー光学系と、  該リレー光学系により伝達された光を結像して形成される像を観察する接眼光学系を備え、  該リレー光学系が、途中位置において光を偶数回結像させる請求項１３に記載の内視鏡用光学系。
【請求項２３】
前記第３のプリズムの射出光軸上に、前記第３のプリズムから射出された光を結像して形成される像を撮像する撮像部を備え、  前記第１、第２および第３のプリズムが、前記射出光軸を中心に前記撮像部に対して一体となって回転可能に設けられている請求項１３に記載の内視鏡用光学系。
【請求項２４】
請求項１３に記載の内視鏡用光学系を挿入部の先端に備える内視鏡。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
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【国際調査報告】
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